Ligação metálica: propriedades, como é formada e exemplos - Ciência - 2023

Contente

o Ligação metálica É aquele que mantém os átomos dos elementos metálicos bem juntos. Está presente nos metais e define todas as suas propriedades físicas que os caracterizam como materiais duros, dúcteis, maleáveis e bons condutores de calor e eletricidade.

De todas as ligações químicas, a ligação metálica é a única em que os elétrons não estão localizados exclusivamente entre um par de átomos, mas são deslocalizados entre milhões deles em uma espécie de cola ou "mar de elétrons" que os mantém firmemente unidos. ou coeso.

Por exemplo, suponha o cobre metálico. No cobre, seus átomos de Cu abrem mão de seus elétrons de valência para formar a ligação metálica. Acima desta ligação é representada como cátions Cu²⁺ (círculos azuis) rodeados por elétrons (círculos amarelos). Os elétrons não estão parados: eles se movem por todo o cristal de cobre. No entanto, em metais não falamos formalmente de cátions, mas de átomos de metais neutros.

A ligação metálica é verificada examinando-se as propriedades dos elementos metálicos, bem como as de suas ligas. Eles integram uma série de materiais brilhantes, prateados, resistentes e duros, que também têm altos pontos de fusão e ebulição.

Como a ligação metálica é formada?

A ligação metálica é formada apenas entre um conjunto ou grupo de átomos de metal. Para que os elétrons se localizem no cristal metálico, deve haver uma "estrada" pela qual eles possam viajar. Isso é projetado a partir da sobreposição de todos os orbitais atômicos dos átomos vizinhos.

Por exemplo, considere uma linha de átomos de zinco, Zn ··· Zn ··· Zn ···. Esses átomos sobrepõem seus orbitais atômicos de valência para criar orbitais moleculares. Por sua vez, esses orbitais moleculares se sobrepõem a outros orbitais de átomos de Zn vizinhos.

Cada átomo de zinco contribui com dois elétrons para contribuir para a ligação metálica. Dessa forma, a sobreposição ou união dos orbitais moleculares, e os átomos doados pelo zinco, originam uma "rodovia" pela qual os elétrons são deslocalizados por todo o cristal como se fossem uma cola ou um mar de elétrons, cobrindo ou banhando todos os átomos metálicos.

Propriedades da ligação metálica

Estruturas

A ligação metálica dá origem a estruturas compactas, onde os átomos estão intimamente unidos, sem muita distância que os separe. Dependendo do tipo de estrutura específica, existem diferentes cristais, alguns mais densos do que outros.

Nas estruturas metálicas, não se fala em moléculas, mas em átomos neutros (ou cátions, segundo outras perspectivas). Voltando ao exemplo do cobre, em seus cristais compactados não há moléculas de Cu₂, com uma ligação covalente Cu-Cu.

Reorganização

A ligação metálica tem a propriedade de se reorganizar. Isso não acontece com as ligações covalentes e iônicas. Se uma ligação covalente se romper, ela não se formará novamente como se nada tivesse acontecido. Além disso, as cargas elétricas na ligação iônica são invariáveis, a menos que ocorra uma reação química.

Considere, por exemplo, o mercúrio metálico para explicar este ponto.

A ligação metálica entre dois átomos de mercúrio adjacentes, Hg ··· Hg, pode se quebrar e se formar novamente com outro átomo vizinho se o cristal for submetido a uma força externa que o deforme.

Assim, a ligação é reorganizada enquanto o vidro sofre deformação. Isso dá aos metais as propriedades de serem materiais dúcteis e maleáveis. Caso contrário, eles se quebrarão como pedaços de vidro ou cerâmica, mesmo quando quentes.

Condutividades térmicas e elétricas

A propriedade que a ligação metálica tem de ter seus elétrons deslocalizados também dá aos metais a capacidade de conduzir calor e eletricidade. Isso porque, como os elétrons são deslocalizados e se movem por toda parte, eles transmitem efetivamente as vibrações atômicas como se fossem uma onda. Essas vibrações se traduzem em calor.

Por outro lado, quando os elétrons se movem, ficam para trás espaços vazios que outros possam ocupar, havendo, assim, um vazio eletrônico por onde mais elétrons podem "correr" e, assim, originar uma corrente elétrica.

Em princípio, sem abordar as teorias físicas por trás do fenômeno, esta é a explicação geral da condutividade elétrica dos metais.

Brilho metálico

Elétrons deslocalizados e móveis também podem interagir com fótons na luz visível e rejeitá-los. Dependendo das densidades e da superfície do metal, ele pode exibir diferentes tons de cinza ou prata, ou até mesmo brilhos iridescentes. Os casos mais excepcionais são os de cobre, mercúrio e ouro, que absorvem fótons de determinadas frequências.

Deslocalização de elétrons

Para entender a ligação metálica é necessário entender o que se entende por deslocalização de elétrons. É impossível determinar onde estão os elétrons. No entanto, pode-se estimar em qual região do espaço eles provavelmente serão encontrados. Em uma ligação covalente A-B, o par de elétrons é distribuído no espaço que separa os átomos A e B; são então considerados como localizados entre A e B.

Em uma ligação metálica AB, entretanto, não se pode afirmar que os elétrons se comportam da mesma forma que em uma ligação covalente A-B. Eles não estão localizados entre dois átomos específicos de A e B, mas são difundidos ou direcionados para outras partes do sólido onde também estão compactados, isto é, intimamente ligados, átomos de A e B.

Nesse caso, diz-se que os elétrons da ligação metálica estão deslocalizados: eles vão em qualquer direção onde existam átomos A e B, como mostra a primeira imagem com os átomos de cobre e seus elétrons.

Portanto, na ligação metálica falamos de uma deslocalização desses elétrons, e essa característica é responsável por muitas das propriedades que os metais possuem. A teoria do mar de elétrons também se baseia nela.

Exemplos de ligações metálicas

Alguns elos de metal comumente usados na vida diária são os seguintes:

- Elementos metálicos

Zinco

No zinco, um metal de transição, seus átomos estão ligados pela ligação metálica.

Ouro (Au)

O ouro puro, assim como as ligas desse material com o cobre e a prata, são muito utilizados atualmente na joalheria fina.

Cobre (cu)

Este metal é amplamente utilizado em aplicações elétricas, graças às suas excelentes propriedades de condução de eletricidade.

Prata (Ag)

Pelas suas propriedades, esse metal é amplamente utilizado tanto em aplicações de joias finas quanto na área industrial.

Níquel (Ni)

No seu estado puro é normalmente utilizado para a fabricação de moedas, pilhas, fundições ou diversas peças metálicas.

Cádmio (Cd)

É um material muito tóxico e é utilizado na fabricação de baterias.

Platina (Pt)

É utilizado em joalheria fina (ligas com ouro) e na fabricação de instrumentos de medição laboratorial e implantes dentários.

Titânio (Ti)

Esse metal é comumente usado em engenharia, bem como na fabricação de implantes osteossintéticos, aplicações industriais e joias.

Chumbo (Pb)

Este material é utilizado na fabricação de condutores elétricos, mais especificamente na fabricação da capa externa de cabos telefônicos e de telecomunicações.

- Compostos metálicos

Aço comum

A reação do ferro com o carbono produz aço comum, um material muito mais resistente aos esforços mecânicos em relação ao ferro.

Aço inoxidável

Uma variação do material acima pode ser encontrada combinando aço comum com metais de transição, como cromo e níquel.

Bronze

É produzido pela combinação do cobre com o estanho, na proporção aproximada de 88% e 12%, respectivamente. É usado na confecção de moedas, ferramentas e enfeites públicos.

Ligas de mercúrio

Várias ligas de mercúrio com outros metais de transição, como prata, cobre e zinco, produzem os amálgamas usados na odontologia.

Chrome Platinum Alloy

Este tipo de liga é amplamente utilizado para fazer lâminas de barbear.

Pieltre

Esta liga de estanho, antimônio, envelope e bismuto é comumente usada para fazer utensílios domésticos.

Latão

É gerado pela combinação do cobre com zinco, na proporção de 67% e 33%, respectivamente. É utilizado na fabricação de itens de hardware.

Teoria do Mar de Elétrons

A imagem acima ilustra o conceito de um mar de elétrons. De acordo com a teoria do mar de elétrons, os átomos de metal perdem seus elétrons de valência (cargas negativas) para se tornarem íons atômicos (cargas positivas). Os elétrons liberados tornam-se parte de um mar no qual são deslocalizados para cada centímetro do cristal metálico.

No entanto, isso não significa que um metal seja feito de íons; seus átomos são realmente neutros. Não se fala de íons Hg⁺ em mercúrio líquido, mas de átomos de Hg neutros.

Outra maneira de visualizar o mar de elétrons é assumindo a neutralidade dos átomos. Assim, embora concedam seus elétrons para definir a ligação metálica que os mantém fortemente coesos, eles também recebem instantaneamente outros elétrons de outras regiões do cristal, de modo que nunca adquirem uma carga positiva.

Essa teoria explica por que os metais são dúcteis, maleáveis e como as ligações podem ser reorganizadas para permitir a deformação de um cristal sem quebrar. Há quem chame esse mar de elétrons de "cimento eletrônico", pois é capaz de se mover, mas em condições normais, solidifica e mantém os átomos metálicos firmes e fixos.

Referências

Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Química. (8ª ed.). CENGAGE Learning.
Shiver & Atkins. (2008). Química Inorgânica. (Quarta edição). Mc Graw Hill.
Wikipedia. (2020). Ligação metálica. Recuperado de: en.wikipedia.org
Os editores da Encyclopaedia Britannica. (4 de abril de 2016). Ligação metálica. Encyclopædia Britannica. Recuperado de: britannica.com
Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (29 de janeiro de 2020). Ligação metálica: definição, propriedades e exemplos. Recuperado de: Thoughtco.com
Jim Clark. (29 de setembro de 2019). Ligação Metálica. Chemistry LibreTexts. Recuperado de: chem.libretexts.org
Mary Ellen Ellis. (2020). O que é uma ligação metálica? - Definição, propriedades e exemplos. Estude. Recuperado de: study.com